JPH0326904A - 厚み検出方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 ［発明の目的］ （産業上の利用分野） 本発明は、厚み検出方法に関する。

（従来の技術） ブローブ装置は、ＩＣチップの製造工程等において、半
導体ウエハ上に形成されたＩＣチップ等の試験測定に利
用されるものであり、探針を半導体ウエハ上の多数のＩ
Ｃチップの電極パッドに接触させることによって試験’
ＡＰＩ定が行われる。

このようなブローブ装置においては、探針に向けてＩｌ
ｐｊ定台上に保持された半導体ウエハを上昇させ、所定
の圧力で探針に接触させることによって上記試験Ａｐｌ
定が行われる。ここで、探針に対する過圧力は、測定の
精度や探針の保護等の点から充分に制御する必要がある
。そこで、プローブ装置においては、測定の前工程とし
て半導体ウエハの厚みを検出し、この厚みに基づいて半
導体ウエハの上昇ストロークが決定される。

ところで、ブローブ装置内での半導体ウエハの厚み検出
は、被試料体である半導体ウエハがＡｌｌｌ定台上に保
持されている状態で測定を行わなければいけないことか
ら、非接触でかつ正確に行う必要がある。そこで、従来
のブローブ装置においては、非接触での厚み検出として
、静電容量型の厚み検出センサーが一般的に用いられて
きた。

（発明が解決しようとする課題） しかしながら、上述した静電容量型の厚み検出センサー
は、磁力線の透過によって各材質により異なる静電容量
の変化を測定し、その値から厚みを検出するものである
ため、例えば半導体ウエハの表面処理の状態やウエハの
材質によって測定データにばらつきが生じやすい等の難
点があった。

また、静電容量型センサーは、その機能面から被試料体
に対して１＋ｅｍ程度に近づけなければ充分に性能を発
揮することができず、例えば測定台側の移動に伴う機械
的誤差によって、センサと被試料体とが接触しやすく、
割れ等の不良が発生しやすいという難点もあった。

本発明は、このような従来技術の課題に対処するために
なされたもので、一方の面によって台に保持されている
ような被試料体に対して、被試料体の材質や表面処理の
状態に拘らず、非接触で正確にかつある程度の距離から
厚みを検出することが可能な厚み検出方法を提供するこ
とを目的とするものである。

［発明の構成〕 （課題を解決するための手段） すなわち本発明は、試料台上に載置された被試料体の厚
みを検出するにあたり、前記試料台上面と被試料体上面
とに同一位置から順に検出光を照射し、これらの反射光
をそれぞれ受光して、受光時の結像面における該反射光
の入射位置の差から前記被試料体の厚みを検出すること
を特徴としている。

（作　用） 試料台上面と被試料体上面とに検出光を同一位置から順
に照射することによって、被試料体の厚さ分だけ受光時
の結像面における反射光の入射位置が異なるものとなる
。そして、例えば試料台上面からの反射光の入射位置を
基準位置とすれば、彼試料体上面からの反射光の入射位
置を厠定することによって、被試料体の厚みを正確にか
つ非接触で検出することができる。また、光の反射によ
る厚み検出であるため、検出光の照射時の焦点と反射光
の受光状態を調節することによって、被試料体までの距
離を適宜設定することができる。

（実施例） 以下、本発明の一実施例の厚み検出方法を適用したウエ
ハ厚み険出装置について図面を参照して説明する。

試料台１上に例えば吸着保持された被試料体であるウエ
ハ２の上方には、所定の間隔をあけて試料台１表面およ
びウエハ２表面への検出光の照射とそれらの反射光の受
光を行う反射光検出機ｉｌｌ！　１０が配置されている
。なお、試料台１はＸ−Ｙ−２ステージ３上に設置され
ている。

この反射光検出機構１０は、試料台１またはウエハ２上
に検出光ｄを照射する例えば発光ダイオード等の発光索
子１１と、検出光ｄを所定の位置に導くための投光側レ
ンズ１２と、試料台１上面またはウエハ２上面によって
反射された反射光『１、『２を受光する受光素子１３と
、受光素子１３の受光面に反射光『を結像させる受光側
レンズ１４とによって主に構威されている。

また、上記反射光検出機構１０によって得られた試料台
１上面およびウエハ２上面からの反射光情報は受光距離
算出系２０に送られ、反射光『１、『２の受光素子１３
上での結像位置、すなわち入Ｊｌ１位置間の距離が算出
される。

受光距離算出系２０は、反射光検出機構１０によって得
られた反射光悄報に基づいて各反射光ｒｌ、ｒ２の入射
位置を順次算出する受光位置算出部２１と、試料台１上
面からの反対光ｒ１の入射位置悄報を記憶する記憶部２
２と、この記憶部２２に記憶された反射光『１の入射位
置情報と次いで算出されるウエハ２上面からの反射光ｒ
２の入射位置情報とから入射位置間の距離を算出する受
光距離算出部２３とから構或されている。

ここで、上記受光素子１３として半導***置検出器（以
下、ＰＳＤと記す）を用いた場合の受光位置算出部２１
　（３０）の一構成例を第２図に示す。

ＰＳＤ３１は、高抵抗半導体基板３１１の片面あるいは
両面に均一な抵抗層３１２が形成され、抵抗層３１２の
両端に信号取出し用電極３１３、３１４が、また共通電
極３１５が設けられて構威されている。反射光『が受光
面となる抵抗層３１２の中心から距，Ｉｌｌｓの位置に
入射すると、光の入射位置で発生した光生成電流１が各
信号取出し用電極３〕３、３１４までの抵抗値に逆比例
するように分割されて取出され（ｉ＋および１２）、受
光位置算出部３０に送られる。そして、光の入射位置で
発生した光生戊電流ｌは、上述したように各信号取出し
用電極３１３、３１４までの抵抗値に逆比例して分割さ
れるため、取出された電流１１、１２は、下記の（Ｉ）
式を満足する。

ｉ　１　：ｉ２　　−ぶ／２　　ｓ　　：．Ｅ’／２＋
ｓ　　・・・・・・・・・　（１）よって、反射光ｒの
入躬位置と各信号取出し用電極３１３、３１４の中心と
の距ｆｉｓは、５．　（ｉ２−１＋　）　　’，至 （１２　　”１＋　　）　　　　２ から求まる。これに従って受光位置算出部３０は、第２
図に示すように、取出された電ｔＥｌ　＋およびｉ２を
増幅する前置増幅器３２、３３と、取出された電流値ｉ
１、ｉ２の減算回路３４、加算回路３５および除算回路
３６とから構或されており、上記距離Ｓが入射位置情報
として順次出力される。

また、上記受光素子１３としてＣＣＤラインセンサーを
用いた場合の受光位置算出部２１（４０）の一構威例を
第３図に示す。

ＣＣＤラインセンサー４１の受光面には、多数の受光素
子４１１が形成されており、反り・ｌ光ｒが受光素子４
１１に入射すると、入射情報が受光位置算出部４０に送
られる。受光位置算出Ｈ４０においては、まず受光セン
サー認識部４１によって受光した素子４１１の位置が確
認され、センサー間隔演算部４３により基準位置ｐから
の距離Ｓが求められ、この距ＡＩＳが入射位置悄報とし
て順次出力される。

受光素子１３として、ＰＳＤ３１を用いた受光位置算出
部３０（２１）およびＣＣＤラインセンサー４１を用い
た受光位置算出部４０（２１）いずれの場合においても
、まず試料台１表面からの反射光ｒ１の入射位置情報Ｓ
１が算出され、この人射位置情報Ｓ１は一旦記憶部・２
２に洛納される。

次いで、ウエハ２表面からの反射光ｒ２の入射位置情報
Ｓ２が算出され、これらｓ１およびｓ２から反射光ｒｌ
、ｒ，ｌの受光素子１３上での入射位置間の距離情報Ｓ
　が求められる。

Ｘ 上記受光距離算出系２０で求められた反射光「１、ｒ２
の受光素子１３上での入射位置間の距離情報Ｓ　は、距
離換算系５０に送られ、実際のＸ ウエハ２の厚さＸに変換されて出力される。

この距離換算系５０は、入射位置間の距離情報Ｓ　とウ
エハ２の厚さＸとの換算データが記憶さＸ れている換算データ記憶部５１と、人力された人射位置
間の距離情報Ｓ　に基づいて換算データとＸ 照合し、ウエハ２の厚さＸを求める距離換算照合部５２
とから構成されている。

次に、上記構或のウエハ厚み検出装置を用いたウエハ２
の厚み検出方法について説明する。

まず、ウエハ２が保持された試料台１の表面に検出光ｄ
が照射されるように、ｘ−ｙ−ｚステージ３によって試
料台１を所定の位置に移動させる。

次いで検出光ｄを照１・目〜試料台１表而からの反射光
『１を受光素子１３によって受光する。

受光素子１３によって得られた反射光ｒ１情報は、受光
距離算出系２０の受光位置算出部２１によって入Ｑ．１
位置情＋！Ｓ１に変換され、記憶部２２に記憶される。

次に、ウエハ２の表面に検出光ｄが照射されるように、
ｘ−ｙ−ｚステージ３によって試料台１を所定の位置に
移動させる。次いで検出光ｄを照射し、ウエハ２表面か
らの反射光ｒ２を受光素子１３によって受光する。

受光素子１３によって得られた反射光ｒ２情報は、受光
位置算出部２１によって入射位置情報ｓ２に変換され、
受光距離算出部２３に送られると同時に、記憶部２２か
ら反射光ｒ１による入射位置情報ｓ１が受光距ｆｌｉｔ
算出部２３に送られ、受光素子１３上での入射位置間の
距離情報Ｓ　が求Ｘ められる。

この後、距離換算系５０によって、入射位置間の距離情
報Ｓ　は実際のウエハの厚さＸに変換さＸ れ、ウエハの厚さＸが出力される。

すなわち、上記構成のこの実施例のウエハ厚み検出装置
による厚み検出方法では、一旦試料台１表面の反射光ｒ
１から入射位置情報Ｓ１を基準位置情報として求め、次
いで被試料体であるウエハ２表面の反射光ｒ２から入射
位置情報ｓ２を求めることによって、ウエハ２の厚さＸ
を検出しているため、反射光『の検出のみ正確に行えば
、ウエハ２の材質や表面処理の状態、さらにはウエハ２
側の移動手段であるｘ−ｙ−ｚステージ３の機械的な誤
差に拘らず、非接触で一方向のみからウエハ２の厚さＸ
を正確に検出することが可能である。

また、反射光『の受光索子１３上での結像状態を制御す
ることによって、反射光検出機構１０とウエハ２間を適
当な距離、例えば４ｓ＋ａｆＳ度離しても、検出精度の
低下を招くこともないため、ウエハ２側の移動手段であ
るｘ−ｙ−ｚステージ３の移動の陛に、機械的誤差が生
じても、反Ｉ・ナ光検出機ｆＭ　１　０にウエハ２が接
触することを防止でき、割れ等の不良が発生することも
ない。

また、上述した実施例では、上記構或のウエハ厚み検出
装置を用いてウエハ２の厚さ測定の方法について説明し
たが、同様の構成のウエハ厚み検出装置を用いて、ウエ
ハ２のエッジ検出を行うことも可能である。

例えば検出光ｄが試料台１表面に照射されている状態か
ら、連続して試料台１を移動させ、反射光『による入射
位置情報Ｓを連続して出力させる。

検出光ｄがウェハ２上に到達すると、反射光ｒによる入
射位置情報Ｓは急激に変化するため、これによってウエ
ハ２のエッジを検出することができる。

このように、これら実施例によるウエハの厚み検出方法
によれば、試料台上にＪｋｔ置されている被試料体に対
して、非接触で正確に被試料体の厚さの測定やエッジ検
出を行うことが可能である。よって、半導体ウエハ上に
多数形成された半導体チップの検査を行うプローブ装置
等において、探針の過圧力の決定するための厚み検出等
に最適である。

［発明の効果］ 以上説明したように、本発明の厚み検出方法によれば、
一方の面によって試料台に保持されている被試料体の厚
みを、被試料体の材質や表面処理の状態に拘らず、かつ
ある程度離れた１立置から非接触で正確に検出すること
ができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例の厚み検出方法を適用したウ
エハ厚み検出装置の構成を説明するための図、第２図お
よび第３図はその受光位置算出部の構成例をそれぞれ説
明するための図である。 １・・・・・・ウエハ、２・・・・・・試料台３・・・
・・・ｘ−ｙ−ｚステージ、１０・・・・・・反射光検
出機構、１１・・・・・・発光素子、１３・・・・・・
受光素子、２０・・・・・・受光距離算出系、２１、３
０、４０・・・・・・受光位置算出部、３１・・・・・
・ＰＳＤ，４１・・・・・・ＣＣＤラインセンサー５０
・・・・・・距離換算系。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 試料台上に載置された被試料体の厚みを検出するにあた
   り、 前記試料台上面と被試料体上面とに同一位置から順に検
   出光を照射し、それらの反射光を受光し、受光時の結像
   面における該反射光の入射位置の差から前記被試料体の
   厚みを検出することを特徴とする厚さ検出方法。